专利名称：密封环的制作方法
技术领域：
本发明涉及安装在设于自动变速器(以下，称为AT)等设备的轴上的环形槽内而使该设备动作时保持必要的油压的密封环。
背景技术：
用于AT等设备的密封环安装在设于轴的外周面上的一对分离的环形槽内。密封环的外周面与收放有离合器片和制动片的壳的内周面滑动接触，由两密封环的一个的受压侧面和内周面承接从位于两环形槽之间的油路供给的工作油，由相反侧的接触侧面和外周面对环形槽的侧面和壳内周面进行密封。密封环在环形槽的槽壁面与密封环侧面之间相对地滑动，适当地维持两密封环之间工作油的油压。
要求密封环在这种条件下摩擦损失少且长时间维持良好的密封性。在密封环安装状态下，密封环侧面与轴的环形槽壁面的摩擦力必须要低，但现有技术的密封环断面为矩形的情况下，密封环侧面与环形槽壁面的接触面积大，因而，摩擦损失大。
近年来，从提高车辆性能和强化环保标准的观点出发，要求AT通过进一步减轻重量来降低燃料费和减小摩擦力，也希望密封环减小环与环形槽壁面之间的摩擦力、即摩擦，以及不受环形槽加工精度影响的情况下改善兼备有良好的密封性的特性。
作为现有的代表性的密封环，在实开平6-18764号公报中揭示了图4和图5所示的密封环。安装在轴1的环形槽4内的密封环5’具有在其侧面沿着圆周方向延伸的环形槽22和在周向上分离且朝着径向设置的数个槽21，环形槽22通过该径向槽21向密封环5’的内周面侧23敞开。密封环5’的侧面经由径向槽21和环形槽22与环形槽4的侧面对接。标记2表示壳，标记8表示所供给的油的流向。
另外，特开平9-210211号公报揭示了这样的密封环，即，如图6所示，在密封环5”的侧面具有向内周面侧敞开的数个分离的油槽24，和在该油槽的周向一侧延伸且与该油槽连接的、作为楔形效果发生面的倾斜状凹部24’。
以上2个密封环5’、5”，由于通过导入到上述密封环侧面的径向槽21、24和周向槽22及凹部内的油压来降低推压在密封环槽壁面上的力，因此，密封环与密封环形槽侧面之间的接触压力降低，对摩擦力的降低和润滑功能的提高是有效的。
但是，如图6所示，由于密封环形槽壁面的加工精度的偏差，槽往往成为外宽式，即成为具有槽底的宽度小、槽口部的宽度大的锥形形状的环形槽壁面7’。将图4和图6所示的密封环用于这样的环形槽内时，存在这样的难点，即密封环形槽壁面7’和密封环侧面的内周角部对接，油通过环的内周部而从分离的间隙漏出，产生使侧面密封特性变差的现象。
作为以解决上述难点为目的的密封环，公知的是在特开平8-219292号公报和特开平9-217836号公报中所述的密封环。该密封环如图7所示，将密封环5的侧面设成2-10度的锥形面57，将内周侧的宽度设得比外周侧的宽度小。上述密封环5由于是密封环侧面57呈锥形，因此，因环形槽侧壁面的加工精度的偏差，即使槽歪斜成外宽式的圆锥状的环形槽壁面7’，也有环侧面57和环形槽壁面7’的对接不分离，密封特性也不会产生极端变差的现象的效果。
由于密封环侧面是由向内径方向内侧倾斜的锥形面形成的，因此，在密封环侧面与密封环形槽侧壁面之间形成有向径向内方敞开的楔形间隙56，由于导入该间隙56内的油压的作用，密封环5与密封环形槽侧壁面之间的接触压力降低，从而使摩擦力降低。
但是，由于密封环形槽壁面的加工精度的偏差而使槽成为外宽式时，在密封环侧面与密封环形槽侧壁面之间没有向径向内方敞开的楔形间隙，不能充分获得导入该间隙内的油压的作用，也存在着不能发挥降低摩擦力的效果的难点。
另外，作为对上述特开平8-219292号公报的环进行改进后的环，图8中示出了形成有密封环的两侧面间的内周侧的宽度比外周侧的宽度小的锥形面的密封环5””。
该密封环5””的特征在于，将两侧面的锥形面设成二段，且将内周面侧的第2倾斜面59的倾斜角度设得比外周面侧的第1倾斜面58的倾斜角度大。在此，将外周面侧的锥形面58的倾斜角度设为0.5度以上、3度以下，将内周面侧的锥形面59的倾斜角度设得较大，为9度以上、11度以下。
因外周侧的倾斜角的缘故，即使槽歪斜成外宽式的锥状的环形槽壁面7’，也具有环侧面与环形槽侧壁面的对接不分离，密封特性不会发生极端变差的现象的效果，内周侧的倾斜角，因导入该间隙56内的油压的作用，使密封环5””与密封环形槽侧壁面之间的接触压力降低，从而使摩擦力降低。
但是，在上述一段锥形环上，接缝构造的一个突出部的前端部和与环形槽壁面的前端部对置的端面之间的间隙形成经由楔形间隙而将内部的油压向外部敞开的漏油回路，显示出不能充分地发挥这种特殊接缝构造的原来的密封效果。
另外，虽然后者的具有二段倾斜的锥形环与一段锥形相比，使密封性提高，但上述锥形环的基本理论是同样的，密封性仍然存在问题。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术难以克服的问题而研制成的，其目的在于提供一种不受密封环形槽侧壁面的加工精度的影响、并且不取决于密封环的接缝构造、而可以维持低摩擦力且减少漏油的密封环。
为解决现有技术的问题，本发明对密封环的侧面基本上采用使凹部和起着作为环主体的骨架作用的平面状柱部交替地连续的构造。在此，凹部由最深倾斜部(第1倾斜部)和收敛部构成，其中最深倾斜部是在密封环侧面的内周侧、以密封环的壁厚向着内周方向减薄的方式设置的，收敛部位于第1倾斜部的周向两侧，且向接邻的柱部的最内周侧的点收敛，在柱部和收敛部的内周侧部分上，以密封环的壁厚向着内周方向减薄的方式设置有第2倾斜部。
这种构造中，由于密封环侧面的凹部与环形槽倾面之间的楔形间隙，而抵消对另一方的环侧面推压的力，因而，可以使在密封环侧面与槽壁之间所产生的损失转矩减小。另外，对柱部进行倒角而设置随着向内周方向接近而使密封环厚度减薄的第2倾斜面，这样，即使在环形槽成为外宽式的场合，也可以使得与环形槽的接触位置比现有技术更靠外周侧。
这样，内部油压向外部敞开的油压开口部减小，可显著地改善密封特性。
另外，本申请发明的密封环中，由于外周侧侧面由与外周面垂直的平面构成，因此，可以与接缝部的形状元关地获得良好的密封特性。
本发明的侧面的凹部所起的作用在于，与轴的环状环形槽相对的密封环的侧面，只在内周面侧开口的凹部的最深倾斜部(第1倾斜部)和在该最深倾斜部的周向的两侧与该密封环侧面的平面连接的、作为产生楔形效果的倾斜面的圆滑的收敛部，由于环形槽壁侧面与密封环凹部之间的楔形间隙，抵消对另一方的环侧面推压的力，从而，可以确保在密封环侧面与槽壁之间所产生的损失转矩减小，使得使用密封环的产品的燃料费降低。
另外，由于使接缝部的侧面不形成凹部而成为平面状，因此，可充分发挥特殊接缝的构造效果，可确保具有低漏油特性的密封性。
又，在本发明中，通过将密封环侧面的柱部和凹部最深部的连接设成圆锥形的倾斜面，使进入凹部的油顺利地取入到作为柱部的滑动面上，将油供给滑动面而使耐磨性提高，并且由于圆锥状的倾斜面，因而接近与环旋的方向相垂直的角度，因此还加上举力，可进一步增加抵消压力从而减小摩擦力。另外，通过使凹部和柱部的数量最佳化，可以更有效地减小摩擦力。
图1是表示本发明一例的密封装置的密封环安装部分的断面图。
图2是将本发明一例的密封环的内周面向侧面展开后的部分侧视图。
图3(a)是从图2的本发明密封环的向视II-II看的断面图，图3(b)是从图2的向视III-III看的面图。
图4是表示现有的侧面槽密封装置的密封环安装部分的断面图。
图5是图4所示的现有的密封环的局部俯视图。
图6是表示现有的侧面油槽密封装置的密封环安装部分的断面图。
图7是表示现有的密封装置、侧面锥形形状的密封环安装部分的断面图。
图8是表示对现有的密封装置、侧面锥形形状进行改进而将侧面设成二段后的密封环安装部分的断面图。
图9表示实施例所用的槽的形状。
图10是表示本发明的密封装置和现有的密封装置的试验结果的图。
图11所示为表示作用于本发明一例的密封环的凹部上的抵消压力之分力的密封环内周面。
图12是表示本发明密封环的凹部数与摩擦力的关系的试验结果的图。
具体实施例方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施形式详细地进行说明。图1表示本发明的密封环与安装在设于轴1的外周面上的一对分离的环形槽4内的状态。在此，用其受压侧面9和内周面23来承接从一对环形槽4之间供给各环形槽4的工作油8，用相反侧的接触侧面6和外周面55来对环形侧壁面7和壳2的内周面进行密封。在密封环5的两侧面的内周侧形成有凹部。
如图2所示，凹部由第1倾斜面51和收敛部52构成，其中，收敛部52形成于第1倾斜面51的周向两侧且向接邻的柱部54的最内周侧的点B收敛，其形状为在周向上较长的油兜(pocket)那样的形状。
凹部是将最深部(第1倾斜面)51在周向上延伸的形状，且在周向上分离地设置。在凹部之间有平面的堤坝状柱部54，在柱部54和收敛部52的内周侧，以向着内周方向使密封环的壁厚减薄的方式形成有第2倾斜面57。
这样，本发明的密封环侧面形状的特征是，凹部和柱部54在周向上交替地连续地存在。
最好，第1倾斜部的周向宽度比其最大深度大，且比第2倾斜面57的周向宽度大。在此，第2倾斜面57的周向宽度系指柱部的周向宽度(图2的B-B之间的宽度)。第1倾斜部的周向宽度设成第2倾斜面的周向宽度的8-50倍更加理想。如果小于8倍，则环侧面与槽壁面的接触面积增加，减小摩擦力的效果小，这一点通过实验已经证实。反之，如果大于50倍，则后述的举力效果小，不能显著地减小摩擦力。
另外，最好，收敛部的周向宽度(一侧)设成第1倾斜面5 1的周向宽度的1/50以上。如果小于1/50，则由于收敛部的倾斜变陡，因此，后述的举力的效果小，不能显著地减小损失转矩。对收敛部的周向宽度的上限没有特别地进行规定，即使凹部没有第1倾斜面51而只由收敛部构成(从与柱部的接触点到达最深倾斜部后，即向相反侧的柱部的内周侧部收敛)，也可获得本发明的效果。但，通过设第1倾斜面，使减小摩擦力的效果更加提高，特别是第1倾斜面的宽度和收敛部的宽度在达到1∶1左右时，摩擦力大幅度减小。
图3(a)和图3(b)分别表示图2中的II-II线和III-III线的断面图。如图3(a)所示，构成密封环侧面的凹部的第1倾斜面51的倾斜角α是与这样的面构成的角度，即与该密封环5的外周面55构成直角的面、也就是与密封环5的轴心构成直角的面，倾斜角α为8度以上、45度以下比较理想，为14度以上、18度以下更加理想。在此，在凹部设有第1倾斜面的情况下，最深倾斜部的倾斜角只要在上述范围内即可。
通过将倾斜角α设在上述范围内，并通过环形槽侧壁面与密封环凹部、即与第1倾斜面51之间的楔形间隙53和位于凹部两端的圆锥状收敛部52，使倾斜角α接近与环旋转方向垂直的角度，其通过作用于油上的举力，来抵消对另一方的环侧面推压的力，使密封环侧面与槽壁之间所产生的损失转矩减小，从而可以使得使用密封环的制品的燃料费降低。
图11表示举力的作用。作用于第1倾斜面51上的抵消压力作用于收敛部52上，该压力的一部分成为分力形式的举力，且作用于与抵消压力相同的方向上。这有利于损失转矩的减小。
在第1倾斜面51的倾斜角度α小于8度的情况下，在密封环侧面与密封环形槽侧壁面之间难以形成向径向内方敞开的楔形间隙53，减小摩擦力的效果不充分。另外，在超过45度、角度较大的情况下，也不能形成楔形间隙53，不产生抵消压力，从而，不能充分减小摩擦力。
第1倾斜面51的最大外径部位于与环的径向宽度L交界处。最好，环的径向宽度L为从密封环的外周面55起的0.4-1.2mm宽度或者为a1尺寸的2/3以下的密度，且间歇状地形成。
在此，环的径向宽度L是第1倾斜面51的最大外径部与环的外周面5 5之间的平坦的剩余宽度。如果将环的径向宽度设为从外周面55起小于0.4mm，则由于壳或者轴的旋转轴芯的摆动，密封环的凹部最大外径离开密封环形槽侧壁面7的几率高，从而有可能使漏油特性变差。
另外，如果环的径向宽度L较大，从外周面55起超过1.2mm、或者径向的剩余宽度尺寸L超过环的a1(厚度)尺寸的2/3，则在密封环侧面与密封环形槽侧壁面之间向径向中心敞开的楔形间隙小，结果，产生的抵消压力小，减小摩擦力的效果不充分。
在位于周向上分离的凹部之间的平面柱部54的内周侧，设有第2倾斜面57，以便于在即使因密封环形槽壁面7的加工精度波动，而使环形槽4歪斜成外宽式的情况下，也可保持密封性。该第2倾斜面57连续地形成，直至收敛部52的内周侧。
图3(b)表示柱部的断面图。第2倾斜面57的径向的长度(M)最好设成从密封环5的内周至第1倾斜面51的最大外径的宽度(a1-L)的1/5以上、1/2以下范围内。这样，由于密封环侧面的平面部内周位置靠近侧面凹部最外周，因此，向外部敞开的油压开口部(相当于图1中的A)小，内部的油压可以保持良好的密封特性。
在此，在柱部54内周上的第2倾斜面57的径向长度M若小于a1-L的1/5，则轴槽壁歪斜成外宽式时，不能充分地减小油压开口部，因而，在密封性方面不能获得很大的改善效果，另外，径向长度M若为a1-L的1/2以上，则不能获得柱部54的形状特性。
倾斜角β最好为8度以上、60度以下，为45度左右更好。如果小于8度，则接缝部50也成为倾斜面，有可能使密封性变差。如果大于60度，则由于环内周与槽壁接触，因此，侧面凹部与槽壁之间产生间隔，产生漏油流通路，从而有可能损失密封功能。
另外，凹部的个数最好为4个-16个。如果该凹部的个数不足4个、即1个-3个，则使进入凹部的油顺利地取入到作为柱部54的滑动面上的效果小，提高耐摩性的效果小，由于圆锥状的倾斜面52而接近与环旋转方向垂直的角度，因此，举力也减小且打滑，降低转矩的效果不显著。
反之，如果凹部的个数大于16个，则环形槽壁侧面7与密封环凹部之间产生的周向的楔形间隙变小，和因柱部54的个数增加而使接触面积增大，因而，降低在密封环侧面与槽壁之间产生的损失转矩的效果不明显，这一点，通过实验已经证实。如果凹部的个数为8个-12个，则可以获得特别优良的降低摩擦力的效果。
另外，所谓“抵消压力”是“降低因相反侧侧面的油压造成的推压压力”的意思。
在图中，将密封环的受压侧面和接触侧面设成对称的结构，即使只将与环形槽壁面接触的接触侧面一侧设成本发明的凹部和柱部的结构，也可取得本发明的效果。但是，考虑安装时的作业性，两侧面为对称而无方向性的比较理想。
实施例以下，对本发明实施例的一例进行说明。本密封环的主要特征在于，不取决于环形槽壁侧面7的制造精度的少漏油和小摩擦力。因此，在本实施例中，采用槽壁面7的倾斜角为1.5°且成为外宽式的轴(参照图9)。另外，轴1和壳2是用钢制造的，轴的槽宽设为0.3mm，槽深设为0.17mm。
密封环5设成在聚醚酮醚(PEEK)中添加了碳纤维的合成树脂材料，外径为50，轴向宽度为2.35mm，半径方向厚度为2.0mm，侧面凹部最深倾斜部的倾斜角(α)为16±2°。另外，最深倾斜部最外周和环外周面的径向的剩余宽度L为从外周面起1.0mm(半径方向厚度a1的1/2)。第2倾斜面的倾斜角(β)为45±2°，凹部的个数(1个凹部由1个最深倾斜部及其两则的收敛部构成)形成有14个，第2倾斜面57形成有15个(接缝的两侧各作为1个)。在此，最深倾斜部的周向宽度为第2倾斜面的周向宽度的20倍。收敛部的周向宽度(一侧)为最深倾斜部的周向宽度的1/10。
另外，以与实施例相同的材料、尺寸分别制作了现有的在侧面具有周向槽的环作为比较例1和侧面具有均匀的倾斜角的一段锥形环作为比较例2。在此，一段锥形环的侧面锥形面的倾斜角设为5°±1°。
将上述各密封环装在上述的轴槽内，在壳的转速为3000rpm、油压为1.27MPa、油温为120℃的条件下进行了漏油、摩擦力试验，其结果示于图10。
根据图10，在使用本发明的实施例的密封环的情况下，与比较例1的密封环相比，摩擦力降低，与比较例2的一段锥形密封环相比，可以确认，摩擦力更小。另外，本发明的密封环中，漏油量为比较例的1/2以下，由于在侧面的平坦柱部的内周侧具有倾斜角，因而，可获得不取决于环形槽侧壁面的加工精度的良好的密封特性。
并且，制作在环侧面形成有0个(比较例3断面呈矩形)、4个、8个、16个凹部的密封环。
将上述各密封环装在上述的轴槽内，在壳的转速为2000rpm、油压为1.5MPa、油温为120℃的条件下进行了漏油、摩擦力试验。摩擦力试验的结果示于图12。
根据图12可以确认，侧面形成有凹部的本发明的密封环中，与比较例3相比，摩擦力减小。凹部的个数与摩擦力的关系成为向下凸的曲线。凹部为4个和16个时，摩擦力降低为比较例3的2/3左右。另外，可以确认，凹部为8个-12个范围内时，摩擦力更加减小。
具有凹部的本发明密封环的漏油量不取决于凹部的个数，在全部实施例中，漏油量为比较例2的一段锥形环的1/2以下。根据这一点可知，本发明的密封板，即使在外宽式槽中也可获得良好的密封特性。
工业上利用的可能性本发明的密封环，可以与轴的环形槽壁面的加工精度无关地兼顾最佳的小摩擦力和低漏油性两者。
由此，可以使得使用密封环的制品的燃料费降低。
权利要求
1.一种密封环，安装在设于轴的外周面上的环形槽内、且由其受压侧面和内周面承受供给到环形槽的油压、由与相反侧的环形槽壁面接触的接触侧面和外周面进行密封，其特征在于，在上述密封环接触侧面上至少具有在周向上分离地形成的凹部和该凹部之间的柱部，上述凹部由最深倾斜部(第1倾斜部)和收敛部构成，其中，最深倾斜部是在密封环侧面的内周侧、以密封环的壁厚随着向内周方向接近而减薄的方式设置的，收敛部位于该最深倾斜部的周向两侧，且向接邻的柱部的最内周侧的点收敛，在上述柱部和收敛部的内周侧上，以密封环的壁厚随着向内周方向接近而减薄的方式设置有第2倾斜部。
2.根据权利要求1所述的密封环，其特征在于，上述最深倾斜部的倾斜角为8度以上、45度以下，并且最深倾斜部的最大外径部与外周面之间的尺寸(L)为0.4mm以上、密封环的厚度(a1)的2/3以下。
3.根据权利要求1或2所述的密封环，其特征在于，上述第2倾斜面的倾斜角为8度以上、60度以下，并且第2倾斜面的直径方向的尺寸(M)为从密封环内周至最深倾斜部的最大外径部的尺寸(a1-L)的1/5以上、1/2以下。
4.根据权利要求1-3任一项所述的密封环，其特征在于，最深倾斜部的周向的宽度为第2倾斜面的周向宽度的8倍-50倍，上述凹部的数量为4个以上、16个以下。
全文摘要
一种密封环，在密封环(5)的侧面分离地设置有数个向内周面(23)和该侧面敞开的、作为凹部的第1倾斜面(51)。相邻的倾斜面(51)之间的柱部(54)成为滑动接触面，第1倾斜面(51)的两侧的端部成为向柱部(54)收敛的、作为圆滑的圆锥状的倾斜面的收敛部(52)。在柱部(54)上形成有第2倾斜面(57)。
文档编号F16J15/44GK1768224SQ20048000906
公开日2006年5月3日 申请日期2004年4月1日 优先权日2003年4月2日
发明者羽鸟重之 申请人:株式会社理研